Question

5．自然界存在的元素中，豐度最大的是非金屬．80%以上的非金屬在現(xiàn)代技術(shù)包括能源、功能材料等領(lǐng)域占有極為重要的地位．
（1）工業(yè)制硫酸中SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的催化劑常用V₂O₅．
①寫出V的基態(tài)價(jià)電子排布式3d³4s²．
②反應(yīng)物SO₂分子中S原子的雜化軌道類型為sp²雜化．
③將催化劑V₂O₅加入到NaOH溶液中，可生成Na₃VO₄，該鹽陰離子的立體構(gòu)型為正四面體
（2）高溫陶瓷材料Si₃N₄晶體中鍵角N-Si-N＞Si-N-Si（填“＞”“＜”或“=”），原因是Si₃N₄晶體中Si原子周圍有4個(gè)N原子，Si原子為sp³雜化，N-Si-N鍵角為109°28′，N原子周圍連接3個(gè)Si原子，含有1對(duì)孤對(duì)電子，N原子為sp³雜化，但孤對(duì)電子對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用更大，使得Si-N-Si鍵角小于109°28′
（3）硼酸（H₃BO₃）為白色粉末狀晶體，分子中非羥基氧原子數(shù)為0，則其結(jié)構(gòu)式為．
（4）下列物質(zhì)的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)與氫鍵有關(guān)的是abd．
a．常溫常壓下H₂S、H₂Se、H₂Te都是氣體，只有水以液態(tài)存在
b．DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定
c．乙醚（CH₃CH₂-O-CH₂CH₃）易揮發(fā)
d．乙醇與水以任意比互溶
（5）儲(chǔ)氫材料鑭鎳合金晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示：已知鑭鎳合金LaNi_n晶胞體積為8.5×10^-23cm³，儲(chǔ)氫后形成LaNi_nH_4.5的合金（氫進(jìn)入晶胞空隙，體積不變），則LaNi_n中，n=5（填數(shù)值）；氫在合金中的密度為0.26g•cm^-3（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）①V元素原子核外電子數(shù)為23，位于第四周期ⅢB族；
②SO₂分子中S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3，雜化軌道數(shù)目為3；
③VO₄^3-中價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，為正四面體結(jié)構(gòu)；
（2）Si₃N₄晶體中Si原子周圍有4個(gè)N原子，Si原子為sp³雜化，N原子周圍連接3個(gè)Si原子，含有1對(duì)孤對(duì)電子，N原子為sp³雜化，但孤對(duì)電子對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用更大；
（3）H₃BO₃分子中非羥基氧原子數(shù)為0，則B原子連接3個(gè)-OH；
（4）a．水分子之間形成氫鍵；
b．DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中存在氫鍵而較穩(wěn)定；
c．乙醚分子之間不能形成氫鍵；
d．乙醇分子與水分子之間形成氫鍵；
（5）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中La、Ni原子數(shù)目，計(jì)算二者原子數(shù)目之比可得LaNi_nH_4.5中n的值，再結(jié)合化學(xué)式計(jì)算晶胞中H原子數(shù)目，表示出晶胞中H原子總質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算氫在合金中的密度．

解答 解：（1）①V元素原子核外電子數(shù)為23，位于第四周期ⅢB族，基態(tài)價(jià)電子排布式為3d³4s²，
故答案為：3d³4s²；
②SO₂分子中S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3，雜化軌道數(shù)目為3，S原子的雜化軌道類型為sp²雜化，
故答案為：sp²雜化；
③VO₄^3-中價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，為正四面體結(jié)構(gòu)；
（2）Si₃N₄晶體中Si原子周圍有4個(gè)N原子，Si原子為sp³雜化，N-Si-N鍵角為109°28′，N原子周圍連接3個(gè)Si原子，含有1對(duì)孤對(duì)電子，N原子為sp³雜化，但孤對(duì)電子對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用更大，使得Si-N-Si鍵角小于109°28′，
故答案為：＞；Si₃N₄晶體中Si原子周圍有4個(gè)N原子，Si原子為sp³雜化，N-Si-N鍵角為109°28′，N原子周圍連接3個(gè)Si原子，含有1對(duì)孤對(duì)電子，N原子為sp³雜化，但孤對(duì)電子對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用更大，使得Si-N-Si鍵角小于109°28′；
（3）H₃BO₃分子中非羥基氧原子數(shù)為0，則B原子連接3個(gè)-OH，其結(jié)構(gòu)式為：，
故答案為：；
（4）a．水分子之間形成氫鍵，常溫下為液體，而H₂S、H₂Se、H₂Te分子之間為范德華力，為氣體，故a正確；
b．DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中存在氫鍵而較穩(wěn)定，故b正確；
c．乙醚分子之間不能形成氫鍵，由于范德華力較弱，易揮發(fā)，故c錯(cuò)誤；
d．乙醇分子與水分子之間形成氫鍵，與水以任意比互溶，故d正確，
故選：abd；
（5）由圖可知，晶胞中La原子數(shù)目為2×$\frac{1}{2}$+12×$\frac{1}{6}$=3，Ni原子數(shù)目為6+18×$\frac{1}{2}$=15，儲(chǔ)氫后形成LaNi_nH_4.5的合金（氫進(jìn)入晶胞空隙，體積不變），故1：n=3：15，則n=5，晶胞中H原子數(shù)目為4.5×3=13.5，晶胞體積為9.5×10^-23cm³，氫在合金中的密度為$\frac{13.5}{6.02×1{0}^{23}}$g÷8.5×10^-23cm³=0.26g•cm^-3，
故答案為：5；0.26g•cm^-3．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、雜化軌道與空間構(gòu)型、價(jià)層電子對(duì)互斥理論、氫鍵、晶胞計(jì)算等，（4）中注意頂點(diǎn)原子為6個(gè)晶胞共用，利用均攤法計(jì)算解答，難度中等．